文章重要内容

       以皮革废弃物为炭源/气源、聚磷酸铵为酸源，通过静电作用制备了“三源一体”皮革基膨胀阻燃剂PA@LW@APP，在赋予热塑性聚氨酯弹性体优异阻燃性的同时保持了其拉伸性能。

文章背景

     热塑性聚氨酯弹性体(TPU)因具有优异的综合性能，被广泛用于电线电缆、汽车部件、建筑材料等领域。然而，TPU极易燃烧，常用的膨胀型阻燃剂虽然可以赋予TPU阻燃性能，但是往往会破坏其力学性能尤其是韧性。皮革固体废弃物(LW)是一种来源丰富的生物质资源，将其直接回收为高附加值的产品一直是困扰制革工业的难题。LW含有大量的氮/碳元素，具有成炭剂的潜质。另外，由于LW含有丰富的活性官能团易于化学改性。将LW通过简单化学改性制备成将炭源、酸源和气源集于一个分子的“三源”一体化阻燃剂，不仅可以克服传统膨胀阻燃剂存在的诸多问题，而且还能拓展LW在阻燃领域的应用，为实现LW高值化回收利用提供了新思路。

文章概述

       在这一背景下，四川大学汪秀丽教授团队以LW作为炭源/气源、聚磷酸铵(APP)为酸源，通过静电作用在水溶液中制备了“三源一体”皮革基膨胀型阻燃剂(PA@LW@APP)(图1)。

图1 阻燃剂PA@LW@APP的制备示意图。

       添加5 wt% PA@LW@APP时，TPU5即可实现UL-94 V-0级(图2)，继续提高其添加量，TPU25的LOI值可达33.0%。PA@LW@APP在TPU基材中通过形成阻隔外部火源和可燃气体的膨胀炭层来实现凝聚相阻燃，表现出优异的抑热、抑烟及成炭能力，其中TPU15的综合阻燃性能最优，在锥形量热测试中(图3(a-c))，其峰值热释放速率(pHRR)、总热释放(THR)和总烟释放(TSP)相比于纯TPU分别降低了71.1%、36.0%和51.4%，残余质量也高达34.5 wt%。与已报道的阻燃TPU工作相比，PA@LW@APP可以在低添加量下最大程度地降低pHRR，具有优异的阻燃效果(图3(d))。

图2 TPU及TPU5的UL-94垂直燃烧测试过程。

图3 TPU样品的锥形量热测试结果：(a)HRR，(b)THR和(c)TSP随时间变化的曲线；(d)不同阻燃TPU样品的阻燃剂添加量及pHRR降幅的对比图。

       虽然阻燃剂的加入导致TPU的拉伸强度表现出约10%−20%的下降，但是其断裂伸长率只出现略微降低，含有15%PA@LW@APP的TPU15的断裂伸长率依然保持在518.6%（纯TPU为597%）。这表明PA@LW@APP的包覆型结构提升了其与TPU基材的相容性，不易团聚，与常用TPU阻燃剂相比，更能充分保护TPU基材的韧性，使其适用于多个领域。

图4 (a)阻燃TPU样品的应力-应变曲线；(b)阻燃TPU样品的拉伸性能。

       该“三源一体”大分子膨胀型阻燃剂具有环境友好、制备方法简单等优点，在赋予TPU基材优异阻燃性能的同时还保持了其良好的拉伸性能。该研究也为皮革废弃物的高值化回收提供了新方案。

       上述工作以研究论文的形式将在《高分子学报》2024年印刷出版。论文第一作者为四川大学研究生马晶，通信联系人为四川大学汪秀丽教授。

引用本文：

马晶, 龚岳, 郑冠祺, 付腾, 汪秀丽.“三源一体”皮革基膨胀阻燃剂的制备及其在热塑性聚氨酯弹性体中的应用研究.高分子学报,doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24109Ma, J.; Gong, Y.; Zheng, G. Q.; Fu, T.; Wang, X. L.Preparation of “three sources in one” leather-based intumescent flame retardant and its application in thermoplastic polyurethane elastomer. Acta Polymerica Sinica,doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24109

原文链接：

http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2024.24109&lang=zh